(57)【要約】【課題】本発明は、磁性粉の圧縮により形成した爪磁極であっても圧延鋼板製の爪磁極を上回る磁気特性が得られるクローポール型回転電機を提供することにある。【解決手段】本発明は、環状の環状継鉄部１３に配置され軸方向に延在する複数の爪磁極１２を設けて第１及び第２の爪鉄心１１Ａ，１１Ｂを構成し、前記爪磁極１２を互いに噛合わせて固定子鉄心７Ｕ，７Ｖ，７Ｗを形成すると共に、前記爪磁極の外周側に環状コイル１０，１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗを保持して構成した固定子６を備えたクローポール型回転電機において、前記第１及び第２の爪鉄心を圧粉磁心で成形し、前記爪磁極の半径方向の厚さを２mm以上とすると共に、前記爪磁極の軸方向延在端１２Ｔに軸方向と直行する平坦面を形成し、前記爪磁極の周方向の抜きテーパを１０度以下の範囲に形成し、かつ前記爪磁極の軸方向長さと前記環状継鉄部の軸方向厚さの比率を５：１以内に形成したのである。【選択図】図１
2007124884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状継鉄部と、この環状継鉄部の内径側に等間隔に配置され軸方向に延在する複数の爪磁極とで第１及び第２の爪鉄心を構成し、これら第１及び第２の爪鉄心の爪磁極を互いに噛合わせることで固定子鉄心を形成し、この固定子鉄心の噛合わせた前記爪磁極の外周側に環状コイルを保持して固定子を構成し、この固定子の内径側に周方向に隙間を介して位置する回転子とを備えたクローポール型回転電機において、
前記第１及び第２の爪鉄心は、磁性粉を圧縮成形して形成すると共に、前記爪磁極の半径方向の厚さを２mm以上とし、前記爪磁極の軸方向延在端に軸方向と直行する平坦面を形成し、前記爪磁極に根元から軸方向延在端にかけて先細りとなる軸方向に対して１０度以下範囲の抜きテーパを形成し、かつ前記爪磁極の軸方向長さと前記環状継鉄部の軸方向厚さの比率を５：１以内に形成したことを特徴とするクローポール型回転電機。
【請求項２】
請求項１において、
前記爪磁極の極数Ｍと前記固定子の内径Ｄとの関係をＭ＝ａ・Ｄとした時、
係数ａを０.３５以上０.５以下に設定したことを特徴とするクローポール型回転電機。
【請求項３】
請求項１において、
前記爪磁極の周方向平均幅角度Ｔと電気角１周期に相当する磁極ピッチＰとの比率Ｔ／Ｐを０.４以上０.４５以下に設定したことを特徴とするクローポール型回転電機。
【請求項４】
請求項２において、
前記爪磁極の周方向平均幅角度Ｔと電気角１周期に相当する磁極ピッチＰとの比率Ｔ／Ｐを０.４以上０.４５以下に設定したことを特徴とするクローポール型回転電機。
【請求項５】
請求項１において、
爪鉄心は、磁性粉密度が７.５ｇ／cm3以上であることを特徴とするクローポール型回転電機。
【請求項６】
請求項１において、
前記回転子は、希土類の永久磁石を有していることを特徴とするクローポール型回転電機。
【請求項７】
請求項１において、
前記回転子は、残留磁束密度の値が１.２テスラ以上１.４テスラ以下の永久磁石を有していることを特徴とするクローポール型回転電機。
【請求項８】
環状継鉄部と、この環状継鉄部の内径側に等間隔に配置され軸方向に延在する複数の爪磁極とで第１及び第２の爪鉄心を構成し、これら第１及び第２の爪鉄心の爪磁極を互いに噛合わせることで固定子鉄心を形成し、この固定子鉄心の噛合わせた前記爪磁極の外周側に環状コイルを保持する固定子と、この固定子の内径側に周方向に隙間を介して位置する回転子とを備えたクローポール型回転電機において、前記第１及び第２の爪鉄心は、磁性粉を圧縮成形して形成すると共に、磁性粉密度を７.５ｇ／cm3以上にしたことを特徴とするクローポール型回転電機。
【請求項９】
請求項８において、
前記爪磁極の半径方向の厚さを２mm以上とし、前記爪磁極の軸方向延在端に軸方向と直行する平坦面を形成し、前記爪磁極に根元から軸方向延在端にかけて先細りとなる軸方向に対して１０度以下範囲の抜きテーパを形成し、かつ前記爪磁極の軸方向長さと前記環状継鉄部の軸方向厚さの比率を５：１以内に形成したことを特徴とするクローポール型回転電機。
【請求項１０】
請求項９において、
前記爪磁極の極数Ｍと前記固定子の内径Ｄとの関係をＭ＝ａ・Ｄとした時、
係数ａを０.３５以上０.５以下に設定したことを特徴とするクローポール型回転電機。
【請求項１１】
環状継鉄部と、この環状継鉄部の内径側に等間隔に配置され軸方向に延在する複数の爪磁極とで第１及び第２の爪鉄心を構成し、これら第１及び第２の爪鉄心の爪磁極を互いに噛合わせることで固定子鉄心を形成し、この固定子鉄心の噛合わせた前記爪磁極の外周側に環状コイルを保持して固定子を構成し、この固定子の内径側に周方向に隙間を介して位置する回転子とを備えたクローポール型回転電機において、
前記爪鉄心は、磁性粉を圧縮成形することにより構成され、かつ、前記爪磁極の周方向平均幅角度Ｔと電気角１周期に相当する磁極ピッチＰとの比率Ｔ／Ｐを０.４以上０.４５以下に設定したことを特徴とするクローポール型回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、爪型の磁極を有するクローポール型回転電機に係る。
【背景技術】
【０００２】
一般の回転電機において、巻線の巻装率を上げて磁束の利用率を向上させるために、爪型の磁極を有する固定子鉄心を備えたクローポール型回転電機が注目されてきている。
【０００３】
そして、従来のクローポール型回転電機においては、固定子鉄心の複雑な爪磁極を形成するために、例えば特許文献１に示すように、磁性粉を圧縮（圧粉）成形して爪磁極を形成している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−６８０４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の磁性粉を圧縮（圧粉）成形して爪磁極を形成する技術によれば、任意形状の爪磁極の形成が可能となる利点があるが、一般的に、これら磁性粉の圧縮により形成した爪磁極は、冷間圧延鋼板で形成した爪磁極モータに比べて磁気特性が劣る課題がある。
【０００６】
本発明の目的は、磁性粉の圧縮により形成した爪磁極であっても冷間圧延鋼板製の爪磁極を上回る磁気特性が得られるクローポール型回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するために、環状継鉄部と、この環状継鉄部の内径側の円周上に等間隔に配置され軸方向に延在する複数の爪磁極とで第１及び第２の爪鉄心を構成し、これら第１及び第２の爪鉄心の爪磁極を互いに噛合わせることで固定子鉄心を形成し、この固定子鉄心の噛合わせた前記爪磁極の外周側に環状コイルを保持して固定子を構成し、この固定子の内径側に周方向に隙間を介して位置する回転子とを備えたクローポール型回転電機において、前記第１及び第２の爪鉄心を磁性粉を軸方向に圧縮成形して形成すると共に、前記爪磁極の半径方向の厚さを２mm以上とし、前記爪磁極の軸方向延在端に軸方向と直行する平坦面を形成し、前記爪磁極に根元から軸方向延在端にかけて先細りとなる軸方向に対して１０度以内の範囲の抜きテーパを形成し、かつ前記爪磁極の軸方向長さと前記環状継鉄部の軸方向厚さの比率を５：１以内に形成したのである。
【０００８】
このように、爪磁極の厚さを２mm以上とすること、爪磁極の軸方向自由端に軸方向と直行する平坦面を形成すること、爪磁極の周方向の幅角度を根元から軸方向自由端にかけて先細りとなる１０度以内の範囲に形成すること、爪磁極の軸方向長さと環状継鉄部の軸方向厚さの比率を５：１以内に形成することで、磁性粉を高圧力で圧縮成形することができ、その結果、磁性粉の密度を高めることができるので、磁気特性を冷間圧延鋼板による爪磁極よりも向上させることができるのである。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように本発明によれば、磁性粉の圧縮により形成した爪磁極であっても圧延鋼板製の爪磁極を上回る磁気特性が得られるクローポール型回転電機を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下本発明によるクローポール型回転電機の一実施の形態を図１〜図５に示す２４極のクローポール型モータに基づいて説明する。
【００１１】
クローポール型モータ１は、回転軸２に構成した回転子３と、この回転子３に対し周方向の微少隙間Ｇを介して同心状に設置された固定子６と、この固定子６を支持する固定子枠８と、この固定子枠８の両端側において前記回転軸２を回転自在に支持する軸受９Ａ，
９Ｂとで構成されている。
【００１２】
前記回転子３は、回転軸２と同心状に形成された回転子鉄心４と、その外周に固定され周方向に複数配置された永久磁石磁極５とで構成され、前記固定子６は、固定子鉄心７Ｕ，７Ｖ，７Ｗと、これら固定子鉄心７Ｕ，７Ｖ，７Ｗに巻掛けられた環状コイル１０とで構成されている。そして固定子鉄心７Ｕ，７Ｖ，７Ｗを固定子枠８で支持し、この固定子枠８の両端部に軸受９Ａ，９Ｂを介して前記回転軸２を回転自在に支持している。
【００１３】
前記固定子鉄心７Ｕ，７Ｖ，７Ｗは、第１の爪鉄心１１Ａと第２の爪鉄心１１Ｂとから構成され、これら第１の爪鉄心１１Ａと第２の爪鉄心１１Ｂは、夫々前記回転子３と微少隙間Ｇをもって対向し軸方向に延在する磁極面１２Ｆを有する爪磁極１２と、この爪磁極１２から外径側に直角に延在する環状継鉄部１３と、この環状継鉄部１３から前記爪磁極１２と同じ方向に延在する外周側継鉄１４とで構成されている。これら爪磁極１２は、夫々周方向に等間隔で１２極形成されている。
【００１４】
そして、これら第１の爪鉄心１１Ａと第２の爪鉄心１１Ｂとは、磁性粉を成形金型の成型パンチによって圧縮成形して同一形状に形成されており、珪素鋼板を積層して構成するものに比べて複雑な磁極構造を得ることができる。
【００１５】
このように磁性粉を圧縮成形して構成された第１の爪鉄心１１Ａと第２の爪鉄心１１Ｂとを、互いの爪磁極１２の軸方向延在端１２Ｔが向い合うように配置し、かつ軸方向延在端１２Ｔが相手側の軸方向延在端１２Ｔ間に位置するように噛合わせることで、前記回転子３の周面に沿って前記回転子３と同心の２４極の磁極面１２Ｆを複数形成している。同時に、各固定子鉄心７Ｕ，７Ｖ，７Ｗの第１の爪鉄心１１Ａと第２の爪鉄心１１Ｂとの軸方向延在端１２Ｔを互いに噛合わせることで、夫々第１の爪鉄心１１Ａと第２の爪鉄心
１１Ｂとで各環状コイル１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗを保持し、これによって固定子６を構成している。
【００１６】
このように環状コイル１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗを内蔵した固定子鉄心７Ｕ，７Ｖ，７Ｗを軸方向に連ね、周方向に電気角で１２０度ずらすことで、３相クローポール型モータが構成される。
【００１７】
また、これら３連の固定子鉄心７Ｕ，７Ｖ，７Ｗを絶縁樹脂によりモールドすることで、第１の爪鉄心１１Ａと第２の爪鉄心１１Ｂ及び環状コイル１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗとが一体になった固定子６を得ることができる。
【００１８】
以上説明したように第１の爪鉄心１１Ａと第２の爪鉄心１１Ｂを、磁性粉を圧縮成形して構成することで、複雑な、云い代えれば、モータ効率を向上し得る磁極構成を得ることができる。
【００１９】
ところで、磁性粉を圧縮成形して第１の爪鉄心１１Ａと第２の爪鉄心１１Ｂを形成するに際し、成形金型によって磁性粉を圧縮成形するが、その圧縮成形方向は爪磁極１２が延在する軸方向となる。このとき、第１の爪鉄心１１Ａと第２の爪鉄心１１Ｂを圧縮成形するための成形パンチは、成形パンチに座屈が生じないように、成形品の軸方向寸法に比例したパンチ断面積が必要となる。云い代えれば第１の爪鉄心１１Ａと第２の爪鉄心１１Ｂにおける軸方向の寸法が最大となる爪磁極１２の軸方向寸法Ｌ１に基づいてパンチ断面積を決める必要がある。したがって、爪磁極１２の軸方向延在端１２Ｔには、軸方向に直交する平坦面が必要になり、その平坦面の面積は、爪磁極１２の軸方向寸法Ｌ１が大きくなるにしたがって比例して大きくする必要がある。通常、磁性粉を圧縮して磁気特性を向上するためには、１０ton／cm2程度の成形圧力が必要であり、それに対応した平坦面の面積が爪磁極１２の軸方向延在端１２Ｔに必要になる。そのためには、爪磁極１２の軸方向延在端１２Ｔにおける半径方向の厚さＨ２を少なくとも２mm以上として平坦面の面積を確保する必要がある。
【００２０】
さらに、１０ton／cm2の成形圧力で圧縮成形された製品を成形金型から抜き出す際には、軸方向に抜きテーパが必要であり、爪磁極１２に根元から軸方向延在端１２Ｔにかけて先細りとなる抜きテーパθを形成する必要がある。この種、磁性粉の圧縮成形に際しては、製品を成形金型から抜き出す際に抜きテーパが８度以上であることが好ましい。抜きテーパθは、できる限り大きいほうが抜き作業は容易になる。しかし、抜きテーパθを大きくすると、爪磁極１２の磁極面１２Ｆの面積が縮小して磁気特性を低下させるので、抜きテーパθは、磁気特性への影響が少ない１０度以内と小さくすることが望ましい。
【００２１】
さらに、磁石モータの回転子と固定子間のギャップ磁束密度は、０.７〜０.８Ｔとする設計が一般的である。このとき、爪の表面積を５とすると、一極分の磁束が爪に流入する磁束量は、φ＝ＢＡにより３.５〜４.０となる。この磁束を厚さ１（５：１とした場合のヨーク厚さ）のヨークで吸収するため、ヨークの断面積２（厚さ１×２倍；ここで、２倍とするのは、１極対分のヨークの幅は、１極対分の爪の幅の２倍となるため）に流入したときの磁束密度が、Ｂ＝φ／Ａで、１.７５〜２.０Ｔとなり、鉄の飽和磁束密度限界となるので、５：１以上にはできないことになる。
【００２２】
以上説明したように、本実施の形態によれば、第１の爪鉄心１１Ａと第２の爪鉄心11Ｂを上述のように形成することで、磁性粉を高い成形圧力で圧縮成形できるので、磁性粉密度を７.５ｇ／cm3以上に高めることができ、その結果、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）による磁心よりも高いモータ性能を得ることができる。
【００２３】
このことは、図６に示した各材料による磁心の磁化特性の比較からも明白である。図６において、磁性粉を圧縮成形した圧粉磁心１と、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）による磁心と、珪素鋼板（３５Ａ３００，５０Ａ１３００）による磁心との磁化特性を見ると、圧粉磁心１はＳＰＣＣに比べて最大磁束密度Ｂ（Ｔ）が全体的に小さい。
【００２４】
しかし、本実施の形態による第１の爪鉄心１１Ａと第２の爪鉄心１１Ｂは、上述の形状条件とすることで、磁性粉の高密度化を図って磁性粉密度が７.５ｇ／cm3の圧粉磁心２を得ることができ、磁性粉密度が７.３ｇ／cm3の圧粉磁心１に比べて、ＳＰＣＣやＳＳ400に近い磁気特性（磁束密度）を有することが判明した。
【００２５】
したがって、磁性粉密度が低い圧粉磁心１は、磁束密度が極めて低く、モータとして使用した場合に、磁気特性が低下すると共に、磁束密度が低いので、界磁に残留磁束密度の高い磁石を用いた場合には、磁束密度の飽和によって出力トルクを低下させる等、モータ特性を低下させることが予想できる。
【００２６】
上記で説明した内容を、実際のモータの特性比較で詳細に説明する。図１０には、従来の冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）で構成したクローポールモータの構造を示す。このモータは、ＳＰＣＣなどの鉄板を曲げ成形した固定子鉄心を用いて構成されるため、曲げ成形可能な板厚φ１００mmまでの小形モータに関しては厚さ１.６mm 程度が限界となっている。一方、このクローポールモータの固定子鉄心をこの形状で成形可能な密度が７.３ｇ／cm3の圧粉磁心で構成する。このとき、同一形状でのモータ出力特性を比較した結果を図１２に示す。従来のＳＰＣＣで構成したクローポールモータは、今回の比較条件である界磁磁石の残留磁束密度１.２Ｔ，２４極，回転数１０００ｒ／min，起磁力２２０アンペアターンおいて、圧粉磁心で構成したモータと比較して約１割の出力トルクが高い。この理由は、図１１に示すように、ＳＰＣＣと圧粉磁心の直流磁化特性を比較すると、圧粉磁心の透磁率が低く、同一の磁界を与えたときの磁束密度はＳＰＣＣの方が高くなるためである。
【００２７】
しかし、圧粉磁心は、その加工方法の違いにより板厚を１.６mm 以内とする制限が無い。このことから爪磁極を厚くするなどの設計自由度を高くして最適設計されたクローポールモータを得ることが可能となる。上述のクローポールモータと同一の界磁磁石などの条件下において最適設計されたクローポールモータ固定子鉄心は、爪厚みが２mmとなり、圧縮成形するときの金型圧力を高くできるので、密度が高い圧粉磁心で構成することが可能となる。密度が７.５ｇ／cm3と高い圧粉磁心の直流磁化特性を図１３に示す。前述した
７.３ｇ／cm3の圧粉磁心の直流磁化特性に比べると透磁率は向上するが、ＳＰＣＣまでの磁化特性には至っていない。この爪の厚みが２mmのクローポールモータの出力トルクを
ＦＥＭを用いて計算した結果を図１４に示す。製造の課題を無視して、計算上でこのクローポールモータにＳＰＣＣを用いた場合と密度が７.５ｇ／cm3の圧粉磁心を用いた場合の出力トルクの違いを比較した。結果、図１４に示すように、圧粉磁心を用いた場合の出力トルクの方が２割程度高くなる結果となった。この理由は、磁気特性では、ＳＰＣＣのほうが透磁率が高いが、ＳＰＣＣは、鉄板内部に発生する渦電流がその磁束をさえぎる方向に発生するためその影響が出力トルクの減少に寄与しているためである。この結果より、φ１００mm程度の小形モータにおいて、界磁磁石にエネルギー積の高い希土類焼結磁石など１.２Ｔ を超える永久磁石界磁を用いて、固定子鉄心の爪厚みが２mm以上となるように設計されたクローポールモータは、界磁磁石からの磁束を飽和の影響を緩和でき、かつ、圧粉磁心の密度も高めることが可能であるために、高いモータ性能を実現することが可能であることがわかる。なお、モータの出力トルクは爪磁極を通る磁束が強く関与するため、少なくとも爪磁極の密度が７.５ｇ／cm3以上であることが好ましい。
【００２８】
さらに、抜きテーパ角度について検討した結果を説明する。高い密度の圧粉磁心で固定子鉄心を構成するためには、前述したとおりの抜きテーパが必要であるが、このテーパ角度を大きくすると爪磁極の表面積が小さくなり、出力トルクを低下させることになる。図１５にはテーパ角度と爪磁極表面積の関係を示す。（ａ）図に示すように爪の形状を定義すると、テーパ角度を０とした時の爪磁極表面積を１００％として、そのテーパ角度による表面積の変化は、ａ・ｂ−ａ2tanθとなり、（ｂ）図に示すような関係となる。先に示したように圧粉磁心成形体の成形条件の面から言えば、テーパ角度は大きいほうが好ましいが、モータの出力低下を抑えるためにはテーパ角度は小さいほうが望ましい。この結果より、モータの特性をＳＰＣＣで構成するモータの特性と同等以上の特性を満足する条件として、２割の出力低下までを許容するとすれば、テーパ角度は１０°以下までとする必要がある。
【００２９】
高い密度（高磁束密度）の圧粉磁心で固定子を構成することが可能となったことにより、モータとしては、界磁に残留磁束密度の高い磁石を使用して高い起磁力を設定できるようになる。前記回転子３の永久磁石磁極５として希土類磁石を用いて磁束密度を１.２〜１.４ テスラとし、かつこの磁束密度に対応する第１の爪鉄心１１Ａ及び第２の爪鉄心
１１Ｂの寸法関係を以下のような解析によって見出した。
【００３０】
図７は、三次元電磁場解析を用いてモータ特性を解析する場合のメッシュ図であり、各部の寸法（爪磁極１２の周方向平均幅角度Ｔ，爪磁極１２の軸方向寸法Ｌ１，環状継鉄部１３の軸方向寸法Ｌ２，爪磁極１２の軸方向延在端１２Ｔにおける周方向幅寸法Ｈ１，爪磁極１２の軸方向延在端１２Ｔにおける半径方向の厚さＨ２，永久磁石磁極５の半径方向寸法Ｆ，回転子３と固定子６の周方向の隙間Ｇ）を変えて検討したパラメータを示す。
【００３１】
図８は、永久磁石磁極５の半径方向寸法（厚さ）Ｆ，爪磁極１２の抜きテーパθを８度，爪磁極１２の軸方向延在端１２Ｔにおける半径方向の厚さＨ２を２mm，爪磁極１２の最大の軸方向寸法（長さ）Ｌ１と環状継鉄部１３の軸方向寸法Ｌ２の比率を最大の５を固定条件とした場合、固定子６の内径Ｄ（図３）を変化させた時のモータ極数Ｍと出力トルク（Ｎ・ｍ）との関係を計算した結果を示す。これらの限定された条件下において、固定子６の内径Ｄが一意に決まると出力トルクが、特定の極数Ｍにおいて最大となることが判明した。その極数Ｍは、固定子６の内径Ｄによって推移し、固定子６の内径Ｄと極数Ｍとの関係が、Ｍ＝ａ・Ｄ（０.３５≦ａ≦０.５）のとき出力トルクが最大となった。
【００３２】
次に、出力トルクが最大となる極数Ｍとして、２４極と３２極の試験モータを用いて爪磁極１２の周方向における平均角度Ｔの検討を行った。爪磁極１２の周方向平均幅角度Ｔ(抜きテーパθが８度の爪磁極１２の軸方向中間における周方向の平均幅角度。図４参照)と出力トルクの関係を計算した結果を図９に示す。
【００３３】
図９において、横軸に電気角１周期に相当する磁極ピッチＰに対する爪磁極１２の周方向平均幅角度Ｔの比率をとって出力トルクとの関係を見ると、２４極及び３２極とも略同一の角度比率で出力トルクが最大となることが判った。これは、爪磁極１２の周方向平均幅角度Ｔが小さい場合には、界磁側の磁束を十分に環状コイル１０に鎖交できないことと、逆に大きすぎる場合には、隣接する爪磁極１２への漏洩磁束が多くなって、出力トルクが低下することと判断できる。爪磁極１２の設計が自由にできる場合においては、他の条件での出力トルクの最大化も考えられるが、爪磁極１２に前述した制限を加えた場合では、図４に示すように、電気角１周期に相当する磁極ピッチＰに対する爪磁極１２の周方向平均幅角度Ｔの比率が０.４以上０.４５以下の範囲が最も出力トルクが安定して得られる設計ポイントとなる。尚、２４極及び３２極以外の極数においても同様な結果となった。
【００３４】
上記実施の形態は、クローポール型回転電機としてクローポール型モータを説明したが、クローポール型モータに特定されず、発電機等にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明によるクローポール型回転電機の固定子鉄心を構成する第１の爪鉄心と第２の爪鉄心とを示す斜視図。
【図２】図１の第１の爪鉄心あるいは第２の爪鉄心の断面図。
【図３】図１の第１の爪鉄心あるいは第２の爪鉄心の背面図。
【図４】図１の第１の爪鉄心あるいは第２の爪鉄心の正面図。
【図５】本発明によるクローポール型回転電機の一実施の形態であるクローポール型モータを示す縦断側面図。
【図６】各種材料による磁心の磁化特性の比較を示す線図。
【図７】三次元電磁場解析を用いてモータ特性を計算するメッシュ図。
【図８】クローポール型モータの極数と出力トルクの関係を示す線図。
【図９】クローポール型モータの爪磁極の周方向における平均角度と出力トルクの関係を示す線図。
【図１０】従来の冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）で構成したクローポールモータの構造の一例。
【図１１】ＳＰＣＣと圧粉磁心の直流磁化特性の比較の一例。
【図１２】ＳＰＣＣと圧粉磁心のモータ出力特性を比較した結果の一例。
【図１３】各種磁性材料のＢＨ特性の比較図。
【図１４】爪の厚みが２mmのクローポールモータをＦＥＭを用いて出力トルクを計算した結果図。
【図１５】テーパ角度と爪磁極の表面積の関係図。
【図１６】本発明のクローポールモータの固定子鉄心を成形する成形金型構造の概略図。
【符号の説明】
【００３６】
１…クローポール型モータ、３…回転子、４…回転子鉄心、５…永久磁石磁極、６…固定子、７Ｕ，７Ｖ，７Ｗ…固定子鉄心、１０，１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ…環状コイル、
１１Ａ…第１の爪鉄心、１１Ｂ…第２の爪鉄心、１２…爪磁極、１２Ｔ…軸方向延在端、１３…環状継鉄部、１４…外周側継鉄。
【図１】
2007124884.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年10月18日(2006.10.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状継鉄部と、この環状継鉄部の内径側に等間隔に配置され軸方向に延在する複数の爪
磁極とで第１及び第２の爪鉄心を構成し、これら第１及び第２の爪鉄心の爪磁極を互いに
噛合わせることで固定子鉄心を形成し、この固定子鉄心の噛合わせた前記爪磁極の外周側
に環状コイルを保持して固定子を構成し、この固定子の内径側に周方向に隙間を介して位
置する回転子とを備えたクローポール型回転電機において、
前記第１及び第２の爪鉄心は、磁性粉を圧縮成形して形成すると共に、前記爪磁極の半
径方向の厚さを２mm以上とし、前記爪磁極の軸方向延在端に軸方向と直行する平坦面を形
成し、前記爪磁極に根元から軸方向延在端にかけて先細りとなる軸方向に対して１０度以
下範囲の抜きテーパを形成し、かつ前記爪磁極の軸方向長さと前記環状継鉄部の軸方向厚
さの比率を５：１以内に形成したことを特徴とするクローポール型回転電機。
【請求項２】
請求項１において、
前記爪磁極の極数Ｍと前記固定子の内径Ｄとの関係をＭ＝ａ・Ｄとした時、
係数ａを０.３５以上０.５以下に設定したことを特徴とするクローポール型回転電機。
【請求項３】
請求項１において、
前記爪磁極の周方向平均幅角度Ｔと電気角１周期に相当する磁極ピッチＰとの比率Ｔ／
Ｐを０.４以上０.４５以下に設定したことを特徴とするクローポール型回転電機。
【請求項４】
請求項２において、
前記爪磁極の周方向平均幅角度Ｔと電気角１周期に相当する磁極ピッチＰとの比率Ｔ／
Ｐを０.４以上０.４５以下に設定したことを特徴とするクローポール型回転電機。
【請求項５】
請求項１において、
爪鉄心は、圧粉体密度が７.５ｇ／cm3以上であることを特徴とするクローポール型回転
電機。
【請求項６】
請求項１において、
前記回転子は、希土類の永久磁石を有していることを特徴とするクローポール型回転電
機。
【請求項７】
請求項１において、
前記回転子は、残留磁束密度の値が１.２テスラ以上１.４テスラ以下の永久磁石を有し
ていることを特徴とするクローポール型回転電機。
【請求項８】
環状継鉄部と、この環状継鉄部の内径側に等間隔に配置され軸方向に延在する複数の爪
磁極とで第１及び第２の爪鉄心を構成し、これら第１及び第２の爪鉄心の爪磁極を互いに
噛合わせることで固定子鉄心を形成し、この固定子鉄心の噛合わせた前記爪磁極の外周側
に環状コイルを保持する固定子と、この固定子の内径側に周方向に隙間を介して位置する
回転子とを備えたクローポール型回転電機において、前記第１及び第２の爪鉄心は、磁性
粉を圧縮成形して形成すると共に、圧粉体密度を７.５ｇ／cm3以上にしたことを特徴とす
るクローポール型回転電機。
【請求項９】
請求項８において、
前記爪磁極の半径方向の厚さを２mm以上とし、前記爪磁極の軸方向延在端に軸方向と直
行する平坦面を形成し、前記爪磁極に根元から軸方向延在端にかけて先細りとなる軸方向
に対して１０度以下範囲の抜きテーパを形成し、かつ前記爪磁極の軸方向長さと前記環状
継鉄部の軸方向厚さの比率を５：１以内に形成したことを特徴とするクローポール型回転
電機。
【請求項１０】
請求項９において、
前記爪磁極の極数Ｍと前記固定子の内径Ｄとの関係をＭ＝ａ・Ｄとした時、
係数ａを０.３５以上０.５以下に設定したことを特徴とするクローポール型回転電機。
【請求項１１】
環状継鉄部と、この環状継鉄部の内径側に等間隔に配置され軸方向に延在する複数の爪
磁極とで第１及び第２の爪鉄心を構成し、これら第１及び第２の爪鉄心の爪磁極を互いに
噛合わせることで固定子鉄心を形成し、この固定子鉄心の噛合わせた前記爪磁極の外周側
に環状コイルを保持して固定子を構成し、この固定子の内径側に周方向に隙間を介して位
置する回転子とを備えたクローポール型回転電機において、
前記爪鉄心は、磁性粉を圧縮成形することにより構成され、かつ、前記爪磁極の周方向
平均幅角度Ｔと電気角１周期に相当する磁極ピッチＰとの比率Ｔ／Ｐを０.４以上０.４５
以下に設定したことを特徴とするクローポール型回転電機。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、爪型の磁極を有するクローポール型回転電機に係る。
【背景技術】
【０００２】
一般の回転電機において、巻線の巻装率を上げて磁束の利用率を向上させるために、爪
型の磁極を有する固定子鉄心を備えたクローポール型回転電機が注目されてきている。
【０００３】
そして、従来のクローポール型回転電機においては、固定子鉄心の複雑な爪磁極を形成
するために、例えば特許文献１に示すように、磁性粉を圧縮（圧粉）成形して爪磁極を形
成している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−６８０４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の磁性粉を圧縮（圧粉）成形して爪磁極を形成する技術によれば、任意形状の爪磁
極の形成が可能となる利点があるが、一般的に、これら磁性粉の圧縮により形成した爪磁
極は、冷間圧延鋼板で形成した爪磁極モータに比べて磁気特性が劣る課題がある。
【０００６】
本発明の目的は、磁性粉の圧縮により形成した爪磁極であっても冷間圧延鋼板製の爪磁
極を上回る磁気特性が得られるクローポール型回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するために、環状継鉄部と、この環状継鉄部の内径側の円周上
に等間隔に配置され軸方向に延在する複数の爪磁極とで第１及び第２の爪鉄心を構成し、
これら第１及び第２の爪鉄心の爪磁極を互いに噛合わせることで固定子鉄心を形成し、こ
の固定子鉄心の噛合わせた前記爪磁極の外周側に環状コイルを保持して固定子を構成し、
この固定子の内径側に周方向に隙間を介して位置する回転子とを備えたクローポール型回
転電機において、前記第１及び第２の爪鉄心を磁性粉を軸方向に圧縮成形して形成すると
共に、前記爪磁極の半径方向の厚さを２mm以上とし、前記爪磁極の軸方向延在端に軸方向
と直行する平坦面を形成し、前記爪磁極に根元から軸方向延在端にかけて先細りとなる軸
方向に対して１０度以内の範囲の抜きテーパを形成し、かつ前記爪磁極の軸方向長さと前
記環状継鉄部の軸方向厚さの比率を５：１以内に形成したのである。
【０００８】
このように、爪磁極の厚さを２mm以上とすること、爪磁極の軸方向自由端に軸方向と直
行する平坦面を形成すること、爪磁極の周方向の幅角度を根元から軸方向自由端にかけて
先細りとなる１０度以内の範囲に形成すること、爪磁極の軸方向長さと環状継鉄部の軸方
向厚さの比率を５：１以内に形成することで、磁性粉を高圧力で圧縮成形することができ
、その結果、圧粉体密度を高めることができるので、磁気特性を冷間圧延鋼板による爪磁極よりも向上させることができるのである。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように本発明によれば、磁性粉の圧縮により形成した爪磁極であっても圧
延鋼板製の爪磁極を上回る磁気特性が得られるクローポール型回転電機を得ることができ
る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下本発明によるクローポール型回転電機の一実施の形態を図１〜図５に示す２４極の
クローポール型モータに基づいて説明する。
【００１１】
クローポール型モータ１は、回転軸２に構成した回転子３と、この回転子３に対し周方
向の微少隙間Ｇを介して同心状に設置された固定子６と、この固定子６を支持する固定子
枠８と、この固定子枠８の両端側において前記回転軸２を回転自在に支持する軸受９Ａ，
９Ｂとで構成されている。
【００１２】
前記回転子３は、回転軸２と同心状に形成された回転子鉄心４と、その外周に固定され
周方向に複数配置された永久磁石磁極５とで構成され、前記固定子６は、固定子鉄心７Ｕ
，７Ｖ，７Ｗと、これら固定子鉄心７Ｕ，７Ｖ，７Ｗに巻掛けられた環状コイル１０とで
構成されている。そして固定子鉄心７Ｕ，７Ｖ，７Ｗを固定子枠８で支持し、この固定子
枠８の両端部に軸受９Ａ，９Ｂを介して前記回転軸２を回転自在に支持している。
【００１３】
前記固定子鉄心７Ｕ，７Ｖ，７Ｗは、第１の爪鉄心１１Ａと第２の爪鉄心１１Ｂとから
構成され、これら第１の爪鉄心１１Ａと第２の爪鉄心１１Ｂは、夫々前記回転子３と微少
隙間Ｇをもって対向し軸方向に延在する磁極面１２Ｆを有する爪磁極１２と、この爪磁極
１２から外径側に直角に延在する環状継鉄部１３と、この環状継鉄部１３から前記爪磁極
１２と同じ方向に延在する外周側継鉄１４とで構成されている。これら爪磁極１２は、夫
々周方向に等間隔で１２極形成されている。
【００１４】
そして、これら第１の爪鉄心１１Ａと第２の爪鉄心１１Ｂとは、磁性粉を成形金型の成
型パンチによって圧縮成形して同一形状に形成されており、珪素鋼板を積層して構成する
ものに比べて複雑な磁極構造を得ることができる。
【００１５】
このように磁性粉を圧縮成形して構成された第１の爪鉄心１１Ａと第２の爪鉄心１１Ｂ
とを、互いの爪磁極１２の軸方向延在端１２Ｔが向い合うように配置し、かつ軸方向延在
端１２Ｔが相手側の軸方向延在端１２Ｔ間に位置するように噛合わせることで、前記回転
子３の周面に沿って前記回転子３と同心の２４極の磁極面１２Ｆを複数形成している。同
時に、各固定子鉄心７Ｕ，７Ｖ，７Ｗの第１の爪鉄心１１Ａと第２の爪鉄心１１Ｂとの軸
方向延在端１２Ｔを互いに噛合わせることで、夫々第１の爪鉄心１１Ａと第２の爪鉄心
１１Ｂとで各環状コイル１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗを保持し、これによって固定子６を構成
している。
【００１６】
このように環状コイル１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗを内蔵した固定子鉄心７Ｕ，７Ｖ，７Ｗ
を軸方向に連ね、周方向に電気角で１２０度ずらすことで、３相クローポール型モータが
構成される。
【００１７】
また、これら３連の固定子鉄心７Ｕ，７Ｖ，７Ｗを絶縁樹脂によりモールドすることで
、第１の爪鉄心１１Ａと第２の爪鉄心１１Ｂ及び環状コイル１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗとが
一体になった固定子６を得ることができる。
【００１８】
以上説明したように第１の爪鉄心１１Ａと第２の爪鉄心１１Ｂを、磁性粉を圧縮成形し
て構成することで、複雑な、云い代えれば、モータ効率を向上し得る磁極構成を得ること
ができる。
【００１９】
ところで、磁性粉を圧縮成形して第１の爪鉄心１１Ａと第２の爪鉄心１１Ｂを形成する
に際し、成形金型によって磁性粉を圧縮成形するが、その圧縮成形方向は爪磁極１２が延
在する軸方向となる。このとき、第１の爪鉄心１１Ａと第２の爪鉄心１１Ｂを圧縮成形す
るための成形パンチは、成形パンチに座屈が生じないように、成形品の軸方向寸法に比例
したパンチ断面積が必要となる。云い代えれば第１の爪鉄心１１Ａと第２の爪鉄心１１Ｂ
における軸方向の寸法が最大となる爪磁極１２の軸方向寸法Ｌ１に基づいてパンチ断面積
を決める必要がある。したがって、爪磁極１２の軸方向延在端１２Ｔには、軸方向に直交
する平坦面が必要になり、その平坦面の面積は、爪磁極１２の軸方向寸法Ｌ１が大きくな
るにしたがって比例して大きくする必要がある。通常、磁性粉を圧縮して磁気特性を向上
するためには、１０ton／cm2程度の成形圧力が必要であり、それに対応した平坦面の面積
が爪磁極１２の軸方向延在端１２Ｔに必要になる。そのためには、爪磁極１２の軸方向延
在端１２Ｔにおける半径方向の厚さＨ２を少なくとも２mm以上として平坦面の面積を確保
する必要がある。
【００２０】
さらに、１０ton／cm2の成形圧力で圧縮成形された製品を成形金型から抜き出す際には
、軸方向に抜きテーパが必要であり、爪磁極１２に根元から軸方向延在端１２Ｔにかけて
先細りとなる抜きテーパθを形成する必要がある。この種、磁性粉の圧縮成形に際しては
、製品を成形金型から抜き出す際に抜きテーパが８度以上であることが好ましい。抜きテ
ーパθは、できる限り大きいほうが抜き作業は容易になる。しかし、抜きテーパθを大き
くすると、爪磁極１２の磁極面１２Ｆの面積が縮小して磁気特性を低下させるので、抜き
テーパθは、磁気特性への影響が少ない１０度以内と小さくすることが望ましい。
【００２１】
さらに、磁石モータの回転子と固定子間のギャップ磁束密度は、０.７〜０.８Ｔとする
設計が一般的である。このとき、爪の表面積を５とすると、一極分の磁束が爪に流入する
磁束量は、φ＝ＢＡにより３.５〜４.０となる。この磁束を厚さ１（５：１とした場合の
ヨーク厚さ）のヨークで吸収するため、ヨークの断面積２（厚さ１×２倍；ここで、２倍
とするのは、１極対分のヨークの幅は、１極対分の爪の幅の２倍となるため）に流入した
ときの磁束密度が、Ｂ＝φ／Ａで、１.７５〜２.０Ｔとなり、鉄の飽和磁束密度限界とな
るので、５：１以上にはできないことになる。
【００２２】
以上説明したように、本実施の形態によれば、第１の爪鉄心１１Ａと第２の爪鉄心11Ｂ
を上述のように形成することで、磁性粉を高い成形圧力で圧縮成形できるので、磁性粉密
度を７.５ｇ／cm3以上に高めることができ、その結果、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）による
磁心よりも高いモータ性能を得ることができる。
【００２３】
このことは、図６に示した各材料による磁心の磁化特性の比較からも明白である。図６
において、磁性粉を圧縮成形した圧粉磁心１と、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）による磁心と
、珪素鋼板（３５Ａ３００，５０Ａ１３００）による磁心との磁化特性を見ると、圧粉磁
心１はＳＰＣＣに比べて最大磁束密度Ｂ（Ｔ）が全体的に小さい。
【００２４】
しかし、本実施の形態による第１の爪鉄心１１Ａと第２の爪鉄心１１Ｂは、上述の形状
条件とすることで、磁性粉の高密度化を図って圧粉体密度が７.５ｇ／cm3の圧粉磁心２を
得ることができ、圧粉体密度が７.３ｇ／cm3の圧粉磁心１に比べて、ＳＰＣＣやＳＳ400
に近い磁気特性（磁束密度）を有することが判明した。
【００２５】
したがって、圧粉体密度が低い圧粉磁心１は、磁束密度が極めて低く、モータとして使
用した場合に、磁気特性が低下すると共に、磁束密度が低いので、界磁に残留磁束密度の
高い磁石を用いた場合には、磁束密度の飽和によって出力トルクを低下させる等、モータ
特性を低下させることが予想できる。
【００２６】
上記で説明した内容を、実際のモータの特性比較で詳細に説明する。図１０には、従来
の冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）で構成したクローポールモータの構造を示す。このモータは
、ＳＰＣＣなどの鉄板を曲げ成形した固定子鉄心を用いて構成されるため、曲げ成形可能
な板厚φ１００mmまでの小形モータに関しては厚さ１.６mm 程度が限界となっている。一
方、このクローポールモータの固定子鉄心をこの形状で成形可能な密度が７.３ｇ／cm3の
圧粉磁心で構成する。このとき、同一形状でのモータ出力特性を比較した結果を図１２に
示す。従来のＳＰＣＣで構成したクローポールモータは、今回の比較条件である界磁磁石
の残留磁束密度１.２Ｔ，２４極，回転数１０００ｒ／min，起磁力２２０アンペアターン
おいて、圧粉磁心で構成したモータと比較して約１割の出力トルクが高い。この理由は、
図１１に示すように、ＳＰＣＣと圧粉磁心の直流磁化特性を比較すると、圧粉磁心の透磁
率が低く、同一の磁界を与えたときの磁束密度はＳＰＣＣの方が高くなるためである。
【００２７】
しかし、圧粉磁心は、その加工方法の違いにより板厚を１.６mm 以内とする制限が無い
。このことから爪磁極を厚くするなどの設計自由度を高くして最適設計されたクローポー
ルモータを得ることが可能となる。上述のクローポールモータと同一の界磁磁石などの条
件下において最適設計されたクローポールモータ固定子鉄心は、爪厚みが２mmとなり、圧
縮成形するときの金型圧力を高くできるので、密度が高い圧粉磁心で構成することが可能
となる。密度が７.５ｇ／cm3と高い圧粉磁心の直流磁化特性を図１３に示す。前述した
７.３ｇ／cm3の圧粉磁心の直流磁化特性に比べると透磁率は向上するが、ＳＰＣＣまでの
磁化特性には至っていない。この爪の厚みが２mmのクローポールモータの出力トルクを
ＦＥＭを用いて計算した結果を図１４に示す。製造の課題を無視して、計算上でこのクロ
ーポールモータにＳＰＣＣを用いた場合と密度が７.５ｇ／cm3の圧粉磁心を用いた場合の
出力トルクの違いを比較した。結果、図１４に示すように、圧粉磁心を用いた場合の出力
トルクの方が２割程度高くなる結果となった。この理由は、磁気特性では、ＳＰＣＣのほ
うが透磁率が高いが、ＳＰＣＣは、鉄板内部に発生する渦電流がその磁束をさえぎる方向
に発生するためその影響が出力トルクの減少に寄与しているためである。この結果より、
φ１００mm程度の小形モータにおいて、界磁磁石にエネルギー積の高い希土類焼結磁石な
ど１.２Ｔ を超える永久磁石界磁を用いて、固定子鉄心の爪厚みが２mm以上となるように
設計されたクローポールモータは、界磁磁石からの磁束を飽和の影響を緩和でき、かつ、
圧粉磁心の密度も高めることが可能であるために、高いモータ性能を実現することが可能
であることがわかる。なお、モータの出力トルクは爪磁極を通る磁束が強く関与するため
、少なくとも爪磁極の密度が７.５ｇ／cm3以上であることが好ましい。
【００２８】
さらに、抜きテーパ角度について検討した結果を説明する。高い密度の圧粉磁心で固定
子鉄心を構成するためには、前述したとおりの抜きテーパが必要であるが、このテーパ角
度を大きくすると爪磁極の表面積が小さくなり、出力トルクを低下させることになる。図
１５にはテーパ角度と爪磁極表面積の関係を示す。（ａ）図に示すように爪の形状を定義
すると、テーパ角度を０とした時の爪磁極表面積を１００％として、そのテーパ角度によ
る表面積の変化は、ａ・ｂ−ａ2tanθとなり、（ｂ）図に示すような関係となる。先に示
したように圧粉磁心成形体の成形条件の面から言えば、テーパ角度は大きいほうが好まし
いが、モータの出力低下を抑えるためにはテーパ角度は小さいほうが望ましい。この結果
より、モータの特性をＳＰＣＣで構成するモータの特性と同等以上の特性を満足する条件
として、２割の出力低下までを許容するとすれば、テーパ角度は１０°以下までとする必
要がある。
【００２９】
高い密度（高磁束密度）の圧粉磁心で固定子を構成することが可能となったことにより
、モータとしては、界磁に残留磁束密度の高い磁石を使用して高い起磁力を設定できるよ
うになる。前記回転子３の永久磁石磁極５として希土類磁石を用いて磁束密度を１.２〜
１.４ テスラとし、かつこの磁束密度に対応する第１の爪鉄心１１Ａ及び第２の爪鉄心
１１Ｂの寸法関係を以下のような解析によって見出した。
【００３０】
図７は、三次元電磁場解析を用いてモータ特性を解析する場合のメッシュ図であり、各
部の寸法（爪磁極１２の周方向平均幅角度Ｔ，爪磁極１２の軸方向寸法Ｌ１，環状継鉄部
１３の軸方向寸法Ｌ２，爪磁極１２の軸方向延在端１２Ｔにおける周方向幅寸法Ｈ１，爪
磁極１２の軸方向延在端１２Ｔにおける半径方向の厚さＨ２，永久磁石磁極５の半径方向
寸法Ｆ，回転子３と固定子６の周方向の隙間Ｇ）を変えて検討したパラメータを示す。
【００３１】
図８は、永久磁石磁極５の半径方向寸法（厚さ）Ｆ，爪磁極１２の抜きテーパθを８度
，爪磁極１２の軸方向延在端１２Ｔにおける半径方向の厚さＨ２を２mm，爪磁極１２の最
大の軸方向寸法（長さ）Ｌ１と環状継鉄部１３の軸方向寸法Ｌ２の比率を最大の５を固定
条件とした場合、固定子６の内径Ｄ（図３）を変化させた時のモータ極数Ｍと出力トルク
（Ｎ・ｍ）との関係を計算した結果を示す。これらの限定された条件下において、固定子
６の内径Ｄが一意に決まると出力トルクが、特定の極数Ｍにおいて最大となることが判明
した。その極数Ｍは、固定子６の内径Ｄによって推移し、固定子６の内径Ｄと極数Ｍとの
関係が、Ｍ＝ａ・Ｄ（０.３５≦ａ≦０.５）のとき出力トルクが最大となった。
【００３２】
次に、出力トルクが最大となる極数Ｍとして、２４極と３２極の試験モータを用いて爪
磁極１２の周方向における平均角度Ｔの検討を行った。爪磁極１２の周方向平均幅角度Ｔ
(抜きテーパθが８度の爪磁極１２の軸方向中間における周方向の平均幅角度。図４参照)
と出力トルクの関係を計算した結果を図９に示す。
【００３３】
図９において、横軸に電気角１周期に相当する磁極ピッチＰに対する爪磁極１２の周方
向平均幅角度Ｔの比率をとって出力トルクとの関係を見ると、２４極及び３２極とも略同
一の角度比率で出力トルクが最大となることが判った。これは、爪磁極１２の周方向平均
幅角度Ｔが小さい場合には、界磁側の磁束を十分に環状コイル１０に鎖交できないことと
、逆に大きすぎる場合には、隣接する爪磁極１２への漏洩磁束が多くなって、出力トルク
が低下することと判断できる。爪磁極１２の設計が自由にできる場合においては、他の条
件での出力トルクの最大化も考えられるが、爪磁極１２に前述した制限を加えた場合では
、図４に示すように、電気角１周期に相当する磁極ピッチＰに対する爪磁極１２の周方向
平均幅角度Ｔの比率が０.４以上０.４５以下の範囲が最も出力トルクが安定して得られる
設計ポイントとなる。尚、２４極及び３２極以外の極数においても同様な結果となった。
【００３４】
上記実施の形態は、クローポール型回転電機としてクローポール型モータを説明したが
、クローポール型モータに特定されず、発電機等にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明によるクローポール型回転電機の固定子鉄心を構成する第１の爪鉄心と第２の爪鉄心とを示す斜視図。
【図２】図１の第１の爪鉄心あるいは第２の爪鉄心の断面図。
【図３】図１の第１の爪鉄心あるいは第２の爪鉄心の背面図。
【図４】図１の第１の爪鉄心あるいは第２の爪鉄心の正面図。
【図５】本発明によるクローポール型回転電機の一実施の形態であるクローポール型モータを示す縦断側面図。
【図６】各種材料による磁心の磁化特性の比較を示す線図。
【図７】三次元電磁場解析を用いてモータ特性を計算するメッシュ図。
【図８】クローポール型モータの極数と出力トルクの関係を示す線図。
【図９】クローポール型モータの爪磁極の周方向における平均角度と出力トルクの関係を示す線図。
【図１０】従来の冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）で構成したクローポールモータの構造の一例。
【図１１】ＳＰＣＣと圧粉磁心の直流磁化特性の比較の一例。
【図１２】ＳＰＣＣと圧粉磁心のモータ出力特性を比較した結果の一例。
【図１３】各種磁性材料のＢＨ特性の比較図。
【図１４】爪の厚みが２mmのクローポールモータをＦＥＭを用いて出力トルクを計算した結果図。
【図１５】テーパ角度と爪磁極の表面積の関係図。
【図１６】本発明のクローポールモータの固定子鉄心を成形する成形金型構造の概略図。
【符号の説明】
【００３６】
１…クローポール型モータ、３…回転子、４…回転子鉄心、５…永久磁石磁極、６…固
定子、７Ｕ，７Ｖ，７Ｗ…固定子鉄心、１０，１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ…環状コイル、
１１Ａ…第１の爪鉄心、１１Ｂ…第２の爪鉄心、１２…爪磁極、１２Ｔ…軸方向延在端、
１３…環状継鉄部、１４…外周側継鉄。